质子交换膜燃料电池中苛刻的工作环境对铂基合金氧还原催化剂的稳定性提出了巨大挑战。这些合金催化剂中广泛存在的金属键具有典型的离域电子特征，使得金属容易在热力学驱动下发生原子偏析，进而导致催化剂的结构破坏和失活。而金属合金中定向共价键的构建有助于一定程度上限制自由电子，其中价电子的局域化和费米能级边缘态密度降低而形成的赝能隙有助于形成更高的原子迁移势垒。

近日，华中科技大学李箐教授团队发展了一种增强结构有序铂合金催化剂稳定性的方法，以典型的PtCu合金为研究对象，通过引入Ga构筑了具有Pt-Ga间共价相互作用的结构有序L1₀-Pt₂CuGa阴极ORR催化剂，并成功用于高性能质子交换膜燃料电池。

作者通过有机相合成方法制备得到了单分散无序A1相Pt₂CuGa纳米颗粒，经过高温退火可以实现A1向有序L1₀结构的转变。通过像差校正扫描透射电子显微镜（AC-STEM）可以清晰看到Pt和Cu/Ga原子在晶体内的有序排布（L1₀-Pt₂CuGa），同时颗粒表现出明显的核壳结构（Pt-skin）。 

L1₀-Pt₂CuGa/C催化剂在燃料电池阴极中表现出较高的氧还原反应活性和稳定性，优于商业化Pt/C以及L1₁-PtCu/C催化剂，其质量活性以及三万次电势扫描循环后的活性保持率均超过了美国能源部2025年性能目标。

理论计算表明，定向键合引起的双轴应变优化了表面的氧结合能，增强了 ORR 活性；而Ga的引入诱导了Pt-Ga间定向共价相互作用，使L1₀-Pt₂CuGa中Pt-Ga间相互作用明显强于Pt-Pt键，并且同时提升了Pt-Cu键键强，从而有效锚定了Pt与Cu，提升了表面Pt的空位形成能，抑制了Pt溶解以提升催化剂耐久性。

这项工作提出了一种通过调节原子间相互作用来提高铂合金催化剂的ORR 性能的可行策略，该策略可应用于其他电化学能量转换材料。